本文重點(diǎn)介紹利用耦合電感滿足常見應(yīng)用需求的四種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
徹底了解耦合電感的各種規(guī)范，是充分利用它們所具有優(yōu)勢的一個基本要求。大多數(shù)耦合電感都具有相同的匝數(shù)—即 1：1 匝數(shù)比—但有些更新的耦合電感擁有更高的匝數(shù)比。耦合電感的耦合系數(shù) K 一般約為 0.95，遠(yuǎn)低于自定義變壓器至少為 0.99 的系數(shù)。耦合電感的互感系數(shù)讓其在一些回描應(yīng)用中顯得有些沒有效率，同時還會引起非理想(例如：圓形而非三角形)電感波形。另外，根據(jù)其繞組實(shí)際為串聯(lián)還是并聯(lián)，耦合電感的電流規(guī)格也不同。例如，繞組為串聯(lián)時，等效電感就會因?yàn)榛ジ卸^額定電感的2倍。飽和及 RMS 電流額定值一定適用于同時流過兩個繞組的電流，除非產(chǎn)品說明書中另有說明。理解這些規(guī)范以后，我們便可以對現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的一些耦合電感例子進(jìn)行研究。
更小尺寸且更高效的 SEPIC
盡管DC/DC單端初級電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 拓?fù)洳皇鞘裁葱聳|西，但的確直到最近它才開始流行起來，然而，對于能夠?qū)Ω叩洼斎腚妷褐g的輸出電壓(例如：12V未校準(zhǔn)插墻式電源)進(jìn)行調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換器需求一直都存在。雖然我們可以將任何升壓轉(zhuǎn)換器/控制器配置為一個 SEPIC，但其在最近才得到普遍的使用。兩個因素促進(jìn)了 SEPIC 的人氣大增：(1) IC 制造廠商已經(jīng)開始制造更多具有電流模式控制功能的升壓控制器，旨在簡化補(bǔ)償;(2) 電感制造廠商已經(jīng)開始制造許多可以最小化轉(zhuǎn)換器總 PCB 體積的單封裝耦合電感。改用耦合電感以后，許多具有兩個單獨(dú)電感應(yīng)用的電源體積可以縮減三分之一。圖 1 顯示了使用 TI TPS61170 和 Wuerth 744877220 的一個 SEPIC。
圖 1 使用 TI TPS61170 和 Wuerth 744877220 的 SEPIC
?
更吸引人的是，使用一個 1：1 耦合電感的 SEPIC 可迫使電感紋波電流在兩個繞組之間分開，從而允許使用兩個單獨(dú)電感要求電感的一半，產(chǎn)生相同的紋波電流。相對于相同尺寸封裝中雙倍電感值的兩個單獨(dú)電感，耦合電感具有更低的 DC電阻，有助于提高總轉(zhuǎn)換器效率。特別是15-V 輸入和 12-V、325-mA 輸出時，圖 1 所示 SEPIC 的效率超出 91%。
更小尺寸的 ZETA 轉(zhuǎn)換器
由于使用了兩個電感和一個耦合電容，ZETA 轉(zhuǎn)換器擁有與 SEPIC 一樣的升壓降壓功能，但使用的是一個降壓控制器而非升壓控制器。圖 2 顯示了 ZETA 結(jié)構(gòu)中所使用的 TI TPS40200 和 Coiltronics DRQ74。與 SEPIC 一樣，得益于分離電感紋波電流，這種 ZETA 轉(zhuǎn)換器只要求一半的電感就能得到相同的紋波電流。同樣類似的，其總體電源體積比使用兩個單獨(dú)電感小三分之一。由于輸出電感電流不斷經(jīng)過 ZETA 轉(zhuǎn)換器輸出，ZETA 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓具有比相同電感的 SEPIC 更低的紋波。因此，相比 SEPIC，ZETA 可能更適合于低噪聲應(yīng)用。
圖 2 使用 TI TPS40200 和 Coiltronics DRQ74 的 ZETA 轉(zhuǎn)換器
?